Экзаменационный билет № 24
КМОП-ключ.
КМОП-инвертор ─ это сочетание двух МОП-транзисторов с каналами разной проводимости. Эту пару транзисторов принято называть комплементарной или дополняющей.
|
|
В
схеме КМОП-инвертора стоки транзисторов
VT1 и VT2 объединены и образуют вывод выхода
ключа. Затворы также объединены и
образуют вывод входа. Исток транзистора
VT2 соединён с шиной питания (+Ес), а исток
транзистора VT1 ─ с «земельной» шиной.
Схема КМОП-инвертора симметрична.
Выходное напряжение снимается с
транзистора VT1.
Недостатком транзисторных ключей на МОП-транзисторе является то, что в рабочем состоянии через него протекает постоянная составляющая тока, пропорциональная сопротивлению нагрузки.
Работа КМОП-инвертора в статическом режиме:
Если сигнал на входе отсутствует,
то транзистор VT1
находится в режиме отсечки. При этом на
затворе транзистора VT2
относительно истока присутствует
напряжение
и
поэтому транзистор VT2
будет включен.
Если сигнал на входе имеет высокий уровень, то n-канальный транзистор VT1 отпирается до насыщения, а p-канальный транзистор VT2 выключается (переходит в режим отсечки). Сопротивление открытого транзистора VT1 резко уменьшается, остаточное напряжение на его выходе снижается (примерно до 10 мВ). Таким образом, становится очевидным, что схема КМОП-ключа работает как инвертор: фаза входного сигнала на выходе меняется на противоположную. Поэтому схему КМОП-ключа называют логическим инвертором.
Выводы по статическому режиму КМОП-инвертора.
КМОП-инвертор имеет большой запас помехоустойчивости, так как разница между уровнями напряжений на выходе велика (от напряжения, близкого к нулю до напряжения питания);
У КМОП-инвертора высокая нагрузочная способность: входное сопротивление очень велико, входные цепи практически не потребляют токов. Ограничением по нагрузочной способности ключа являются входные ёмкости ключей, на которые нагружен КМОП-инвертор;
КМОП-инвертор менее чувствителен к воздействию помех, чем МОП-ключи: в стационарном состоянии у ключа всегда имеет место конечное сопротивление между источником питания и землёй, следовательно, у грамотно спроектированного КМОП-инвертора очень невысокое выходное сопротивление (выходной импеданс);
В статическом режиме схема КМОП-инвертора практически не потребляет мощности, так как при любом уровне входного сигнала один из транзисторов всегда заперт (между шинами питания и заземления нет прямой связи).
Недостатком КМОП-инвертора является то, что ток, отдаваемый в нагрузку МОП-транзисторами мал, а это ограничивает скорость заряда ёмкости и снижает быстродействие ключа в целом.
Классификация компараторов, ОС в компараторах, принцип работы.
Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух (или более) входных сигналов между собой, либо сравнение одного входного сигнала с опорным сигналом (эталонным), которое называют порогом срабатывания устройства сравнения; в этом случае на выходе устройства сравнения формируются только два уровня выходного сигнала – высокий и низкий, которые могут отличаться как по величине, так и по знаку.
Если в качестве схемы сравнения используется обычный ОУ, то на выходе формируется напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях.
Если в качестве схемы сравнения используются специализированные интегральные схемы, то на выходе формируются напряжения одной полярности. При этом выходные сигналы компаратора согласованы по величине и полярности с сигналами, которые используются в цифровой технике.
Вывод. Входной сигнал компаратора носит аналоговый характер, а выходной – цифровой. По этой причине компараторы часто используются как аналого-цифровые преобразователи, так как они выполняют роль элементов связи между аналоговыми и цифровыми устройствами
Виды компараторов:
Однопороговым компаратором сравнения называются такие схемы сравнения, для которых коэффициент усиления всегда остаётся положительным.
Регенераторные компараторы. Особенностью таких компараторов является наличие гистерезиса передаточной характеристики.
Двухпороговые компараторы. Компаратор, состояние выхода которого изменяется два раза при увеличении входного сигнала в некотором диапазоне, называется двухпороговым.